TWI409358B - 電漿輔助化學氣相沉積裝置 - Google Patents

Description

電漿輔助化學氣相沉積裝置

本發明係關於一種電漿輔助化學氣相沉積裝置。

薄膜沉積(Thin Film Deposition)法係泛指於一塊基板表面成長一層同質或異質材質薄膜之方法。依據薄膜沉積過程中是否包含化學反應之機制，可以將薄膜沉積法區分為：物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD)法及化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)法二類。隨著沉積技術及沉積參數之差異，所沉積薄膜之結構可能係單晶、多晶或非結晶之結構。

化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)法係使氣體經由化學反應在基板表面成長薄膜之方法。經常使用之化學氣相沉積方法有：大氣壓化學氣相沉積(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition,APCVD)法、低壓化學氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition,LPCVD)法及電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)法。典型之化學氣相沉積系統主要係由氣體輸送、沉積室、壓力控制等部份構成。

影響化學氣相沉積製程之主要參數有基板溫度、輔助能量、氣體壓力、氣體流量等。因為溫度係影響化學氣相沉積製程之主要參數，所以需要輔助能量控制溫度。其中，電漿輔助化學氣相沉積係利用電漿之能量，使得沉積化學反應之溫度降低。在化學氣相沉積中由於電漿之作用而會 有光線之放射，因此，電漿輔助化學氣相沉積系統亦稱為輝光放電(Glow Discharge)系統。

電漿係物質在固態、液態、氣態之外所存在之第四種狀態。該狀態之物質係一種由正電荷、負電荷及中性粒子構成之部份解離氣體(Partially Ionized Gas)。中性粒子氣體在平衡狀態下應當做均勻分佈，但電漿往往因不同之電特性而保持小範圍之群集狀態，因此使各處濃度有局部性之不相同。

請參閱圖1，係一種先前技術電漿輔助化學氣相沉積裝置之結構示意圖。該電漿輔助化學氣相沉積裝置1包括一沉積室11、一第一電極板12、一第二電極板13及一射頻電路14。該沉積室11包括一進氣口111及一排氣口112。該第一電極板12及該第二電極板13置於該沉積室11內，且相對間隔設置。該第一電極板12及該第二電極板13之間為電漿主體15。該第一電極板12鄰近該電漿主體15之表面為一平面，該第二電極板13鄰近該電漿主體15之表面亦為一平面。該射頻電路14連接於該第一電極板12及該第二電極板13之間，其為該電漿輔助化學氣相沉積裝置1提供足夠之能量。

當沉積薄膜時，將一基板16置於該第一電極板12。一定量之反應氣體及稀釋用惰性氣體從沉積室11之進氣口111導入，該反應氣體及稀釋用惰性氣體構成主氣流，主氣流中之反應氣體原子或分子往內擴散移動而到達該基板16表面，反應氣體原子被吸附於該基板16之表面，吸附後之反應氣體原子在該基板16表面遷移，並且產生薄膜成長所需要之表面化學反應。表面化學反應所產生之氣態 生成物被吸解，隨主氣流從沉積室11之排氣口112排出。

惟，該電漿輔助化學氣相沉積1之第一電極板12及第二電極板13鄰近該電漿主體15之表面均為平面，該基板16與該第一電極板12接觸面積大，電漿轟擊後容易產生靜電荷造成黏片。而且該基板16與該第一電極板12接觸面積大，該基板16之溫度無法控制，造成該基板16之局部溫度不同，如此會使該基板16表面所沉積薄膜均勻性不佳之現象嚴重。隨著該基板16之尺寸越來越大，越容易發生黏片及所沉積薄膜厚度不均勻現象。

有鑑於此，有必要提供一種不易發生黏片、使沉積之薄膜厚度均勻之電漿輔助化學氣相沉積裝置。

一種電漿輔助化學氣相沉積裝置，其包括一第一電極板及一與該第一電極板相對間隔設置之一第二電極板。該第一電極板鄰近該第二電極板之表面設置有複數防止黏片之第一圖案，該第二電極板鄰近該第一電極板之表面有設置複數第二圖案。

一種電漿輔助化學氣相沉積裝置，其包括一第一電極板、一與該第一電極板相對間隔設置之第二電極板及一電漿主體，該電漿主體夾於該第一電極板與該第二電極板之間，該第一電極板鄰近該電漿主體之表面設置有複數突起。

相較於先前技術，本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置之第一電極板與第二電極板分別設置之複數第一圖案與複數第二圖案，該複數第一圖案係向該電漿主體之複數突起，該基板與該第二電極板接觸面積小，可有效克服黏片之不良現象。故使得該基板表面所沉積薄膜之均勻性較佳。

請參閱圖2，係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第一實施方式之結構示意圖。該電漿輔助化學氣相沉積裝置2包括一沉積室21、一第一電極板22、一第二電極板23、一射頻電路24及一夾於該第一電極板22與該第二電極板23之間之電漿主體25。

該沉積室21包括一進氣口211及一排氣口212。取水平方向為x軸方向，垂直方向為y軸方向。該進氣口211與該排氣口212沿平行於y軸方向相對設置。該沉積室21之腔壁材質為鋁或玻璃。

該第一電極板22及該第二電極板23置於該沉積室11內，並沿平行於x軸方向相對間隔設置。該第一電極板22及該第二電極板23之材質為鋁。

該第一電極板22鄰近該排氣口212設置，且其鄰近該電漿主體25之表面設置有複數第一圖案221。該複數第一圖案221包括複數突起，每一突起形成一突起面223，該突起面223為一光滑曲面。該複數第一圖案221投影為圓形，且呈點陣分佈，如圖3所示。其中，該第一圖案221之直徑可為3mm，任意相鄰二第一圖案221之間之一第一間隔222長度相等，為5mm。該第二電極板23鄰近該進氣口211設置。該第二電極板23鄰近該電漿主體25之表面為一平面。

該射頻電路24連接於該第一電極板22及該第二電極板23之間，其為該電漿輔助化學氣相沉積裝置2提供足夠之能量。該射頻電路24之頻率為13.56MHz。

當應用該電漿輔助化學氣相沉積裝置2於一基板26表 面沉積薄膜時，將該基板26疊設於該第一電極板22之表面，且該第一間隔222中通入惰性氣體作為溫度控制氣體，例如He氣，以對該基板26之溫度進行控制。

請參閱圖4，係圖2所示第一電極板與第二電極板之間局部電場強度分佈之平面示意圖。該第一電極板22之任意二第一圖案221之間之區域A，如圖4虛線橢圓所示。其電場強度較小。該第一電極板22之任意四第一圖案221圍成之區域B，如圖4虛線圓所示，其電場強度亦較小。靠近該複數第一圖案221之區域電場強度卻比較強。因為電荷密度與曲率成正比，該第一電極板22之複數第一圖案221包括複數突起，其突起面223係光滑曲面，聚集電荷較多，電荷密度較大。該第二電極板23鄰近該電漿主體25之表面為平面。故該第一電極板22與該第二電極板23之間電場強度分佈如圖4所示，區域A之電場強度較弱，區域B之電場強度亦較弱。

相較於先前技術，由於該第一電極板22設置有複數第一圖案221，該複數第一圖案221包括朝向該電漿主體25之複數突起，且每一突起之突起面223係光滑曲面。故該基板26與該第一電極板22之表面不完全接觸，即該基板26鄰近該第一電極板22之表面與該第一電極板22之複數突起之突起面223接觸。故該基板26與該第一電極板22之接觸面積小，克服了由於電漿轟擊後產生靜電荷造成黏片之不良現象。

其次，該第一間隔222中通入惰性氣體作為溫度控制氣體，不但進一步有效克服黏片之不良現象，而且該基板26之整體溫度可以有效控制達到一致，故使得該基板26 表面所沉積之薄膜厚度較均勻。

請參閱圖5，係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第二實施方式之側面局部示意圖。該電漿輔助化學氣相沉積裝置3與該電漿輔助化學氣相沉積裝置2結構相似，主要不同之處在於：其第二電極板33鄰近該電漿主體35之表面設置有複數第二圖案331。該複數第二圖案331亦呈點陣分佈。該複數第二圖案331包括複數凹陷，每一凹陷包括一凹陷面333，該凹陷面333為一光滑曲面。該凹陷面333與其第一電極板32之複數突起面323曲率相同。任意相鄰二第二圖案331之第二間隔332相等。其第二間隔332之長度為5mm。

該第一電極板32之複數第一圖案321與該第二電極板33之複數第二圖案331於該平行y軸方向交錯配合。亦即該第一電極板32之任意一第一圖案321於平行y軸方向正對一第二間隔332，任意一第一間隔322於y軸方向正對一第二圖案331。

請參閱圖6，係圖5所示第一電極板與第二電極板之間局部電場強度分佈之平面示意圖。該電場強度分佈局部平面之示意圖與圖4所示之第一實施方式電場強度分佈主要區別在於：該第一電極板32之任意二第一圖案321之間之區域C，如圖6虛線橢圓所示，其電場強度較大。該第一電極板32之任意四第一圖案321圍成之區域D，如圖6虛線圓所示，其電場強度亦較大。因為該第一電極板32之區域C正對該第二電極板33之部份係一第二圖案331，如圖6中虛線圓所示，該第二圖案331係一凹陷，凹陷面333係一光滑曲面，聚集電荷較多，電荷密度較大。故該第一 電極板32與該第二電極板33之間電場強度分佈相對該第一實施方式來說，區域C之電場強度較強，區域D之電場強度亦較強。

相較於本發明第一實施方式之電漿輔助化學氣相沉積裝置，本發明第二實施方式之電漿輔助化學氣相沉積裝置不但可以有效克服由於電漿轟擊後產生靜電荷造成黏片之不良現象，而且還可以使其基板36表面所沉積薄膜更加均勻。因為該第一電極板32鄰近該電漿主體35之表面設置複數第一圖案321，且該複數第一圖案321包括複數突起。故該基板36與該第一電極板32之接觸面積小，可以克服黏片之不良現象。其次，該第一間隔322中通入惰性氣體作為溫度控制氣體，可以更加有效克服黏片之不良現象及使得該基板36表面沉積薄膜較均勻。

而且，該第一電極板32與該第二電極板33分別設置曲率相同且交錯配合之複數第一圖案321與複數第二圖案331。該第一電極板32之區域C與區域D電場強度分佈較強，亦較一致。其電場強度弱之區域較少。電漿分佈較為一致，故該基板36表面沉積之薄膜均勻性較佳。

請參閱圖7，係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第三實施方式之側面局部示意圖。該電漿輔助化學氣相沉積裝置4與該電漿輔助化學氣相沉積裝置3結構相似，主要不同之處在於：其第二電極板43鄰近電漿主體45之表面設置之複數第二圖案431包括複數突起。第一電極板42之複數第一圖案421與複數第二圖案431交錯配合。即該第一電極板42之一第一圖案421於平行y軸方向正對一位於該第二電極板43之一第二間隔432；一第一間隔422於平 行y軸方向正對一第二圖案431。該複數第一圖案421與該複數第二圖案431形狀相同。

請參閱圖8，係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第四實施方式之側面局部示意圖。該電漿輔助化學氣相沉積裝置5與該電漿輔助化學氣相沉積裝置3結構相似，主要不同之處在於：其第二電極板53之複數第二圖案531之直徑為5mm，第二間隔532之長度為3mm。即該第二圖案531之直徑比第一圖案521之直徑大2mm。第一電極板52之複數第一圖案521與該複數第二圖案531正對配合。即該第一電極板52之一第一圖案521於平行y軸方向正對一位於該第二電極板53之一第二圖案531；一第一間隔522於平行y軸方向正對一第二間隔532。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出申請專利。惟，以上所述者僅係本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1、2、3、4、5‧‧‧電漿輔助化學氣相沉積裝置

11、21‧‧‧沉積室

12、22、32、42、52‧‧‧第一電極板

13、23、33、43、53‧‧‧第二電極板

14、24‧‧‧射頻電路

15、25、35、45‧‧‧電漿主體

16、26、36‧‧‧基板

111、211‧‧‧進氣口

112、212‧‧‧排氣口

221、321、421、521‧‧‧第一圖案

222、322、422、522‧‧‧第一間隔

231、331、431、531‧‧‧第二圖案

232、332、432、532‧‧‧第二間隔

223、323‧‧‧突起面

333‧‧‧凹陷面

A、C‧‧‧第一電極板之任意二第一圖案之間之區域

B‧‧‧第一電極板之任意四第一圖案圍成之區域

圖1係一種先前技術電漿輔助化學氣相沉積裝置之結構示意圖。

圖2係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第一實施方式之結構示意圖。

圖3係圖2所示第二電極板之平面示意圖。

圖4係圖2所示第一電極板與第二電極板之間局部電場強度分佈之平面示意圖。

圖5係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第二實施方式之 側面局部示意圖。

圖6係圖5所示第一電極板與第二電極板之間局部電場強度分佈之平面示意圖。

圖7係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第三實施方式之側面局部示意圖。

圖8係本發明電漿輔助化學氣相沉積裝置第四實施方式之側面局部示意圖。

3‧‧‧電漿輔助化學氣相沉積裝置

32‧‧‧第一電極板

33‧‧‧第二電極板

35‧‧‧電漿主體

36‧‧‧基板

321‧‧‧第一圖案

322‧‧‧第一間隔

323‧‧‧突起面

331‧‧‧第二圖案

332‧‧‧第二間隔

333‧‧‧凹陷面

Claims (14)

1. 一種電漿輔助化學氣相沉積裝置，其包括：一第一電極板；及一與該第一電極板相對間隔設置之一第二電極板；其中，該第一電極板鄰近該第二電極板之表面設置有複數防止黏片之第一圖案，該第一圖案包括面向該第二電極板的突起，該第二電極板鄰近該第一電極板之表面設置有複數第二圖案，該第二圖案包括突起或凹陷，該第一圖案突起的突起面是光滑曲面，該第二圖案突起的突起面或凹陷的凹陷面是光滑曲面，且該第一圖案的突起與該第二圖案的突起或凹陷是交錯設置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該第一圖案與該第二圖案均呈點陣分佈。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其進一步包括一沉積室，該第一電極板及該第二電極板置於該沉積室內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該沉積室包括一進氣口及一排氣口，該進氣口與該排氣口相對設置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該第一電極板鄰近該排氣口，該第二電極板鄰近該進氣口。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其進一步包括一電漿主體，該電漿主體位於該第一電極板及該第二電極板之間。
7. 如申請專利範圍第1項或第4項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝 置，其中，該凹陷面與該突起面曲率相同。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該第一電極板之該突起面與該第二電極板之該突起面曲率相同。
9. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該相鄰二第一圖案之間形成一第一間隔，其長度為5mm，該相鄰二第二圖案之間形成一第二間隔，其長度為5mm或3mm。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該第一圖案及該第二圖案投影均係圓形。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該第一電極及該第二電極之材質係鋁。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該沉積室之腔壁之材質為鋁。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中，該沉積室之腔壁之材質為玻璃。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，進一步包括位於該沉積室外並連接於該第一電極板及該第二電極板之一射頻電路。